JP2014141366A - ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 - Google Patents
ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014141366A JP2014141366A JP2013010006A JP2013010006A JP2014141366A JP 2014141366 A JP2014141366 A JP 2014141366A JP 2013010006 A JP2013010006 A JP 2013010006A JP 2013010006 A JP2013010006 A JP 2013010006A JP 2014141366 A JP2014141366 A JP 2014141366A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric
- mol
- mgo
- bao
- magnesium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 title 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 34
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 16
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 claims description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 12
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 15
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 13
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 10
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 241001175904 Labeo bata Species 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012552 review Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 2
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 2
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000001553 barium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000010954 commercial manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003482 tantalum compounds Chemical class 0.000 description 1
Abstract
【課題】高温焼成時に複生成相が皆無又は殆ど発生せず、高Ｑ値を示す誘電体共振器化学組成の提供。
【解決手段】化学組成は、主にBaO、MgO及びTa2O5の酸化物から構成され、xBaO-yMgO-zTa2O5のモル比で0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199及び0.20≦z≦0.208であり、x+y+z=1モルであり、これにより、処理条件のわずかな変化に対するQ値の安定性が大幅に改善されて、誘電特性の高い再現性がもたらされる。
【選択図】なし
【解決手段】化学組成は、主にBaO、MgO及びTa2O5の酸化物から構成され、xBaO-yMgO-zTa2O5のモル比で0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199及び0.20≦z≦0.208であり、x+y+z=1モルであり、これにより、処理条件のわずかな変化に対するQ値の安定性が大幅に改善されて、誘電特性の高い再現性がもたらされる。
【選択図】なし
Description
本発明は、誘電体共振器（DR）、誘電体アンテナ、マイクロ波集積回路用の誘電体基板、誘電体導波路、低位相雑音DR発振回路、及び温度補償周波数標準器に用いることができる誘電体セラミック材料に関する。より詳しくは、開示された誘電体セラミック組成物から作製された誘電体共振器は、共振周波数（f）における高い無負荷品質因子（Q値）を示し、かつ、共振周波数の温度係数（τf）の調節を可能にするものである。
高Q値のBaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器は、マイクロ波用のバンドパスフィルタとマルチプレクサの低挿入損失を実現する。それらは、クロストーク（混線）の問題に直面することのない多数の通信チャネルを提供できるので、割り当てられた周波数帯域のより効率的な利用を可能にする。
誘電体共振器と低損失誘電体材料のレビューは、非特許文献２の"無線通信用誘電体材料"、Mailadil T. Sebastian著、エルゼビア2008にある。また、非特許文献３の"誘電体材料、デバイス、回路のレビュー" がS. J. Fiedziuszkoら著、IEEEトランザクション、マイクロ波理論と技術、50、706-720（2002）にもある。
誘電体共振器と低損失誘電体材料のレビューは、非特許文献２の"無線通信用誘電体材料"、Mailadil T. Sebastian著、エルゼビア2008にある。また、非特許文献３の"誘電体材料、デバイス、回路のレビュー" がS. J. Fiedziuszkoら著、IEEEトランザクション、マイクロ波理論と技術、50、706-720（2002）にもある。
BaMg1/3Ta2/3O3セラミックスの焼結過程に於いて、主相であるBaMg1/3Ta2/3O3からのBaの蒸発や化学量論的組成からの偶発的ずれにより、副生成相が形成される可能性がある。たとえば、正方晶タングステンブロンズ構造を有するBaTa2O6やBa9MgTa14O45などの副生成相は、BaMg1/3Ta2/3O3系セラミックス内にしばしば見いだされる。BaTa2O6相やBa9MgTa14O45相は、高い誘電損失を有するため、それによって、BaMg1/3Ta2/3O3系誘電体共振器のQ値の低下を引き起こす。BaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器の商業的製造工程における副生成相の形成により、かなりの割合のBaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器が、10 GHzで20,000以下の低いＱ値を有する。結果として、高Ｑ値のBaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器の歩留まりは低い。それゆえに、BaMg1/3Ta2/3O3系誘電体共振器の製造コストは高い。
高Q値の BaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器を得ると共に、BaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器内の副生成相の濃度を低減するために、いくつかの試みが過去に報告されている。米国特許第4487842号に於いて、野村らは、BaMg1/3Ta2/3O3誘電体共振器のQ値を改善するために、少量の硫酸マンガンの添加を提案している。しかし、硫酸マンガン添加の効果はあまり良くなく、著者らによって報告された最高のQ値は、10 GHzで17,000を超えることはなかった。
米国特許第5057466号において、杉山らは、BaTa2O6副生成相を含まないBaMg1/3Ta2/3O3を得るために、リン酸を使用することを提案した。しかし、彼らのアプローチは、BaMg1/3Ta2/3O3系誘電体共振器の製造コストの上昇につながる新たな技術的工程の追加を含むものである。
米国特許第5246898号（現在は放棄）において、藤丸らは、Q値を改善するために、化学量論組成のBaMg1/3Ta2/3O3に過剰のBaOとTa2O5を添加することの利点を報告した。しかし、彼らの特許で報告開示された例のほとんどは、高誘電損失を伴う副生成相のBa9MgTa14O45を含んでいる。したがって、藤丸らによって開示された過剰のBaOとTa2O5を使用することの利点は限定的である。
従って、本発明の目的は、上述の欠点に対処すること、そして、高温焼結時に副生成相が皆無または殆ど生成しないと同時に、高Ｑ値を示すことが期待されるBaMg1/3Ta2/3O3系誘電体共振器の化学組成を見いだすことである。
本発明の一態様によれば、誘電体セラミック材料は、本質的に、バリウム、マグネシウム、タンタル、及び酸素の元素から構成され、それは、次式の金属酸化物の混合物によって表される：
（式）：xBaO-yMgO-zTa2O5、
ここで、0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199、0.20≦z≦0.208であり、上記化学組成において、x、y及びzはモル単位で表されると共に、x + y + z= 1という要件を満たす。
（式）：xBaO-yMgO-zTa2O5、
ここで、0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199、0.20≦z≦0.208であり、上記化学組成において、x、y及びzはモル単位で表されると共に、x + y + z= 1という要件を満たす。
本発明の一態様によれば、誘電体セラミック材料は、本質的に、バリウム、マグネシウム、タンタル、及び酸素の元素から構成され、その濃度は、図２に示すBaO-MgO-Ta2O5三元系状態図のBaMg1/3Ta2/3O3-Ba4Ta2O9-Ba3Ta2O8共存性(compatibility)三角形の範囲内に収まるものである。
本発明の一態様によれば、誘電体セラミックスは、本質的に、バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から構成され、その濃度は、図２に示すBaO-MgO-Ta2O5の三元系状態図のBaMg1/3Ta2/3O3-Ba3Ta2O8-Ba5Ta4O15の共存性三角形の範囲内に収まるものである。
本発明の見地によれば、誘電体セラミック材料は、本質的に、バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から構成され、金属酸化物の混合系、xBaO-yMgO-zTa2O5として表される。その濃度は、図３の"KLMN"として指定された多角形の範囲内に収まるもので、それら各点の化学組成は次のように表される：
K：X=0.6016モルのBaO、Y =0.1985モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
L：X=0.6137モルのBaO、Y =0.1863モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
M：X=0.6093モルのBaO、Y =0.1827モルのMgO、Z =0.2079モルのTa2O5;
N：X =0.6007モルのBaO、Y =0.1980モルのMgO、Z =0.2009モルのTa2O5。
K：X=0.6016モルのBaO、Y =0.1985モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
L：X=0.6137モルのBaO、Y =0.1863モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
M：X=0.6093モルのBaO、Y =0.1827モルのMgO、Z =0.2079モルのTa2O5;
N：X =0.6007モルのBaO、Y =0.1980モルのMgO、Z =0.2009モルのTa2O5。
本発明に於ける誘電体セラミック材料は、23.5 ＜e ＜ 25.5の範囲の誘電率を有し、且つ、無負荷時の品質係数と共振周波数との積が、Qu*f ＞200テラヘルツを示す。さらに、その誘電体セラミック材料は、+1 ppm /°C ＜τf ＜ +8 ppm/°Cの範囲内の共振周波数の温度係数τfを有する。
本発明に於ける誘電体セラミック材料の製造方法は、以下の工程から成る。：
（a）バリウム、マグネシウム、タンタル元素を含む原料混合粉末の作製。当該混合粉末は、バリウム、マグネシウム、タンタルの酸化物、炭酸塩、塩化物、窒化物の何れかからなる前駆体である。
（b）混合粉末を、1100~1400 oCでか焼。
（c）か焼した混合粉末を粉砕し、バインダーと混合。
（d）混合粉末を所望の形状に型成型した後、1550~1680 oCで焼結。
（a）バリウム、マグネシウム、タンタル元素を含む原料混合粉末の作製。当該混合粉末は、バリウム、マグネシウム、タンタルの酸化物、炭酸塩、塩化物、窒化物の何れかからなる前駆体である。
（b）混合粉末を、1100~1400 oCでか焼。
（c）か焼した混合粉末を粉砕し、バインダーと混合。
（d）混合粉末を所望の形状に型成型した後、1550~1680 oCで焼結。
本発明に於ける誘電体共振器は、上記に記載の誘電体セラミック組成物から形成される共振器本体から構成される。
本発明で報告する誘電体セラミック材料から作製された誘電体共振器は、携帯電話基地局、及び、通信、ナビゲーション、偵察衛星、無人航空機用のマイクロ波フィルタ、誘電体共振器型発振器、デュプレクサ、および、マルチプレクサとして使用可能である。
また、本発明の誘電体セラミック材料は、BaO, MgO, Ta2O5の混合物を基とし、高温焼結によって高密度焼結されたセラミクス体であり、主相としてペロブスカイト型構造のBaMg1/3Ta2/3O3（BMT）酸化物を含むものである。開示されたセラミックは、化学組成（モル比）をxBaO, yMgO, zTa2O5として、その範囲が、0.601<x≦0.615, 0.181≦y≦0.199, 0.20≦z≦0.208、（但しx + y + z= 1）のものである。本発明者の多大な研究によれば、BMT焼結体内の高誘電損失を招く副生成相の形成を避けるには、xBaO, yMgO, zTa2O5化学組成は、そのような範囲内に限定されなければならない。特に、正方晶タングステンブロンズ構造を有するBa9MgTa14O45副生成相の形成を回避するには、化学組成はそのような範囲内に定式化されなければならない。
便宜上、当該物質の化学組成は、図１に示されたBaO-MgO-Ta2O5三元系相図内の共存性三角形として与えられる。図１は、非特許文献1から採用したBaO-MgO-Ta2O5準三元系状態図である。BMT略号はBaMg1/3Ta2/3O3相、9:1:7略号は正方晶タングステンブロンズ構造Ba9MgTa14O45相、4:1:5略号はBa4MgTa10O30相を表す。
さらに、図２は、その三元系状態図の、BaMg1/3Ta2/3O3（図中、BMTとして略す）組成付近の拡大図である。英文字A、B、C、D、E、F、GとHは、共存性三角形に対応する組成領域を示す。図２によると、BaMg1/3Ta2/3O3相に直接隣接する８つの共存性三角形がある。これらの共存性三角形は、以下の通りである。：
A: BaMg1/3Ta2/3O3-Ba6Ta2O11-Ba4Ta2O9
B: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba4Ta2O9-Ba3Ta2O8
C: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba3Ta2O8-Ba5Ta4O15
D: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba5Ta4O15-Ba9MgTa14O45
E: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba9MgTa14O45-Mg4Ta2O9
F: BaMg1/3Ta2/3O3- Mg4Ta2O9-MgO
G: BaMg1/3Ta2/3O3-MgO-BaO
H: BaMg1/3Ta2/3O3-BaO-Ba6Ta2O11
A: BaMg1/3Ta2/3O3-Ba6Ta2O11-Ba4Ta2O9
B: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba4Ta2O9-Ba3Ta2O8
C: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba3Ta2O8-Ba5Ta4O15
D: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba5Ta4O15-Ba9MgTa14O45
E: BaMg1/3Ta2/3O3- Ba9MgTa14O45-Mg4Ta2O9
F: BaMg1/3Ta2/3O3- Mg4Ta2O9-MgO
G: BaMg1/3Ta2/3O3-MgO-BaO
H: BaMg1/3Ta2/3O3-BaO-Ba6Ta2O11
たとえば、図２の中で文字「A」によって示される共存性三角形に入る化学組成のセラミクスは、BaMg1/3Ta2/3O3, Ba6Ta2O11, Ba4Ta2O9の内、最大で３つの異なる相を同時に含むと推測される。同様の類推により、図２の中で文字「B」によって示される共存性三角形に含まれる化学組成のセラミクスは、BaMg1/3Ta2/3O3, Ba4Ta2O9とBa3Ta2O8の内、最大で３つの異なる相を同時に含むと推測される。
本発明の第１の実施形態では、その誘電体セラミクスは、バリウム、マグネシウム、タンタル、酸素元素の複合酸化物から構成されるものであり、ペロブスカイト構造型BaMg1/3Ta2/3O3を主相として含むものである。
本発明の第２の実施形態では、xBaO、yMgO、zTa2O5の化学組成を有する誘電体材料が提供される。ここで、0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199及び0.20≦z≦0.208であり、x+ y+ z=1モルである。この範囲の化学組成は、高温でのセラミックスの焼結時に、副生成相の量が最小限、若しくは全く存在せず、セラミックスが高誘電率と高Q値を示す点において有利である。
本発明の第３の実施形態では、xBaO、yMgO、zTa2O5の化学組成を有する誘電体材料が提供される。これらの濃度は、図３に"KLMN"として指定された多角形の範囲内にあると共に、化学組成は以下のとおりである:
K: x= 0.6016 mol BaO, y=0.1985 mol MgO, z=0.2 mol Ta2O5;
L: x= 0.6137 mol BaO, y=0.1863 mol MgO, z=0.2 mol Ta2O5;
M: x= 0.6093 mol BaO, y=0.1827 mol MgO, z=0.2079 mol Ta2O5;
N: x= 0.6007 mol BaO, y=0.1980 mol MgO, z=0.2009 mol Ta2O5;
K: x= 0.6016 mol BaO, y=0.1985 mol MgO, z=0.2 mol Ta2O5;
L: x= 0.6137 mol BaO, y=0.1863 mol MgO, z=0.2 mol Ta2O5;
M: x= 0.6093 mol BaO, y=0.1827 mol MgO, z=0.2079 mol Ta2O5;
N: x= 0.6007 mol BaO, y=0.1980 mol MgO, z=0.2009 mol Ta2O5;
BaOの量xがx=0.615モルを超え、Ta2O5の量zがz=0.20モル未満である場合には、高密度のセラミックスを達成することは困難であり、誘電体材料は低い誘電率と低いQ値を示す。それはまた、低Q値を持つ非ペロブスカイト型副生成相が試料に含まれることをも示している。
BaOの量xがx=0.601モル未満の場合、焼結セラミックは低Q値を示す。また、MgOのyの量がy=0.199モル以上の場合も、焼結セラミックは低Q値を示す。
Ta2O5の量zがz=0.20モル未満である場合、高密度セラミクスを達成することは困難であり、焼結セラミクスは低Q値を示す。
Ta2O5のz量がz=0.208モル以上の場合、焼結セラミクスは、低Q値を示し、高誘電損失を伴う相当量の副生成相を含むことになる。このような副生成相には、例えば、Ba9MgTa14O45相が含まれると推測される。
本発明の第４の実施形態では、xBaO、yMgO、zTa2O5の化学組成が、図２の文字"B"と"C"により指定された共存性三角形に該当する誘電体材料が提供される。この化学組成領域は、高温でのセラミクス焼結において、副生成相の量が最小限、若しくは全く存在せず、セラミクスは高い誘電率と高いQ値を示すという利点がある。
開示されたセラミックの誘電特性と焼結条件の研究により、図２の文字"A"、"G"及び"Hによって指定された共存性三角形の範囲内に収まるxBaO、yMgO、zTa2O5化学組成のセラミクスは、十分な高密度を示さず、それ故に、e<20の低い誘電率係数、及び、10GHzで2,000未満の（低い）Q値といった、非常に貧弱な誘電特性を示すことが判明した。
一方、図２の文字"D"、"E"及び"F"によって指定された共存性三角形の範囲内に収まるxBaO、yMgO、zTa2O5化学組成のセラミクスは、高密度且つ高い誘電率係数e>23.5を有するものの、そのQ値は10 GHzで20,000未満であり、殆どの場合、そのQ値は10 GHzで未満10,000であることが判明した。したがって、文字"A"、"G"、"H"、"D"、"E"と"F"によって指定された共存性三角形の範囲内に収まるxBaO、yMgO、zTa2O5化学組成のセラミクスの誘電特性は、高Q値誘電体共振器用には不適当である。
一方、図２の文字"D"、"E"及び"F"によって指定された共存性三角形の範囲内に収まるxBaO、yMgO、zTa2O5化学組成のセラミクスは、高密度且つ高い誘電率係数e>23.5を有するものの、そのQ値は10 GHzで20,000未満であり、殆どの場合、そのQ値は10 GHzで未満10,000であることが判明した。したがって、文字"A"、"G"、"H"、"D"、"E"と"F"によって指定された共存性三角形の範囲内に収まるxBaO、yMgO、zTa2O5化学組成のセラミクスの誘電特性は、高Q値誘電体共振器用には不適当である。
本発明の第５の実施形態では、本発明によって得られた誘電体物質の製造方法が提供される。それは、Ba, Mg, Ta酸化物の使用を含むものであり、ペロブスカイト型構造物を主相とするものである。当該製造方法は、バリウム化合物、マグネシウム化合物及びタンタル化合物を混合し、次いで得られた混合物を1100から1400°Cでか焼し、酸化雰囲気中にて1580-1680°Cで当該化合物を焼結することを含む。ここで各化合物は酸化物又は加熱により酸化物に変化するものである。
図３はBaO-MgO-Ta2O5の三元系状態図の一部を示している。多角形'KLMN'はこの明細書で説明されているような、好ましい実施形態の組成境界を概説している。三元系状態図の円内の数字は、表１に示す化学組成と試料番号を指定する。
表１：xBaO, yMgO, zTa2O5で示されるセラミック素地のターゲット組成。ここで、x、y及びzはモルの単位であり、x+ y + z=1である。表１中のアスタリスクでマークされた例は比較例であり、本発明の実施の形態ではない。
表１は、1650℃で20時間焼結後の高密度のセラミック体における目的物の化学組成やε、Q値、τfを含む誘電特性の例を示している。表１中のアスタリスクでマークされた例は比較例であり、本発明の実施例ではない。
炭酸バリウム（BaCO3）粉末、酸化マグネシウム（MgO）粉末と、酸化タンタル（Ta2O5の）粉末は、すべて市販品であると共に99.9％以上の純度を有するが、表１に示した実験に対応する組成式に応じた所定量を秤量した。各得られた混合物は、高温ポリエチレン（HTPE）プラスチックボトル中でエタノールとY安定化ジルコニア粉砕ボールを用いて20時間にわたり湿式粉砕された。
か焼物を得るために、得られた混合物を60℃で乾燥し、5メガパスカルで成形した後、5時間1200℃で処理した。か焼物は、アルミナ乳棒を用いてアルミナ乳鉢中で粉末に粉砕され、次いでエタノール中で20時間湿式粉砕された。乾燥させた後、ポリビニルアルコール系バインダーの2重量％を粉末に添加し、粉末を直径７ｍｍで３．５ｍｍ高さに10MPaでプレス成形した。成形体はアルミナトレイ上に置かれ、バインダーを燃やすために空気中500℃で加熱処理され、５から３０時間の間１５５０℃から１６８０℃で焼結された。サンプルは、焼結時Al2O3のふたで覆われていた。焼結セラミックの相純度は、粉末X線回折分析により調べた。
焼結セラミックは、ターゲットの化学組成に応じて、5.95±0.05ｍｍの直径を有していた。焼結セラミック誘電体共振器の高さは、第１の共振モードがTE01δ型であることを確実にするために、ＳｉＣ砥粒粉を使用して2.6±0.02ｍｍに調整した。このようにして得られた誘電体共振器が、１６ｍｍの高さと２４ｍｍの内径を有する円筒状の商業共振空洞（QWED）の中心に、高さ４．３ｍｍで直径５ｍｍの低損失石英担体上に置かれた。送信モード（Ｓ２１パラメータ）で、マイクロ波電力の共鳴がHP8719Cベクトル・ネットワーク・アナライザを用いて観察された。誘電率εと無負荷品質係数Q値がQWEDソフトウェアを用いて計算された。共振周波数τfの温度係数が+20℃から+95℃までの温度間隔で測定された。
図４は表１に示す化学組成の試料11及び60に関するX線回折パターンの一部を示している。『°』の記号は試料11で見つかったBa9MgTa14O45の副生成相と関連付けられたX線反射を示している。その結果、試料11は、160 THzで低いＱ*f値を示している。対照的に、試料60はBaMg1/3Ta2/3O3相からなる単相の組成を示す。したがって、試料60が330 THzで高いＱ*f値を示している。
上記は、例示の目的のために主に提供される。化学組成及び処理手順と条件の種々のパラメータのさらなる調整と変動は、依然として本発明の基本的かつ新規な概念を具現化するものである。これらは、当業者に容易に想起され、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、誘電体共振器（DR）、誘電体アンテナ、マイクロ波集積回路用の誘電体基板、誘電体導波路、低位相雑音DR発振器、温度補償された周波数標準に用いられる誘電体セラミック材料に適用される。本発明で報告された誘電体セラミック材料から調製した誘電体共振器は、通信、ナビゲーション、偵察衛星や無人航空機の入力マルチプレクサと同様に、携帯電話基地局用のマイクロ波フィルタ、誘電体共振器基の発振器、デュプレクサおよびマルチプレクサで使用できる。
T. Kolodiazhnyi, A. A. Belik, T. C. Ozawa, E. Takayama -Muromachi. Phase equilibria in the BaO-MgO-Ta2O5system. J. Mat. Chem., 19, 8212 - 8215 (2009).
Mailadil T. Sebastian in "Dielectric Materials for Wireless Communication" Elsevier, 2008.
S. J. Fiedziuszko et al., "Review on Dielectric Materials, Devices and Circuits", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 50, 706 -720 (2002).
Claims (8)
- バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から本質的になると共に、次式の金属酸化物の混合物によって表される：
（式）：xBaO-yMgO-zTa2O5、
ここで、0.601＜x≦0.615、0.181≦y≦0.199、0.20≦z≦0.208であり、
上記化学組成において、x、y及びzはモル単位で表されると共に、x、y及びzがx + y + z = 1という要件を満たす誘電体セラミック材料。 - バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から構成され、xBaO-yMgO-zTa2O5の金属酸化物の混合物によって表され、当該濃度が図３の"KLMN"として指定された多角形の範囲内に収まるもので、それらの化学組成は次のように表される誘電体セラミック材料：
K：X=0.6016モルのBaO、Y =0.1985モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
L：X=0.6137モルのBaO、Y =0.1863モルのMgO、Z =0.2モルのTa2O5;
M：X=0.6093モルのBaO、Y =0.1827モルのMgO、Z =0.2079モルのTa2O5;
N：X =0.6007モルのBaO、Y =0.1980モルのMgO、Z =0.2009モルのTa2O5。 - バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から本質的に構成されてなるもので、その濃度がBaO-MgO-Ta2O5の三元系状態図のBaMg1/3Ta2/3O3-Ba4Ta2O9-Ba3Ta2O8の共存性三角形の範囲内に収まる誘電体セラミックス。
- バリウム、マグネシウム、タンタル及び酸素の元素から本質的に構成されてなるもので、その濃度がBaO-MgO-Ta2O5の三元系状態図のBaMg1/3Ta2/3O3-Ba3Ta2O8-Ba5Ta4O15の共存性(compatibility)三角形の範囲内に収まる誘電体セラミックス。
- 請求項１乃至４の何れか１項に記載の誘電体セラミックスにおいて、前記誘電体セラミックスは23.5<ε<25.5の範囲の誘電率を有し、無負荷時の品質係数と共振周波数との積が、Ｑ* f> 200テラヘルツであることを特徴とする誘電体セラミックス。
- 請求項５に記載の誘電体セラミックスにおいて、前記誘電体セラミックスは+1 ppm/℃ ＜τf < +8 ppm/℃の範囲内の共振周波数の温度係数τfを有することを特徴とする誘電体セラミックス。
- 誘電体セラミックス材料の製造方法であって、以下の工程を含む：
（a）バリウム、マグネシウム、タンタル元素を含む原料混合粉末の作製。当該混合粉末は、バリウム、マグネシウム、タンタルの酸化物、炭酸塩、塩化物、窒化物の何れかからなる前駆体である。
（b）混合粉末を、1100~1400 oCでか焼。
（c）か焼した混合粉末を粉砕し、バインダーと混合。
（d）混合粉末を所望の形状に型成型した後、1550~1680 oCで焼結。 - 請求項１乃至６に記載の誘電体セラミック組成物から形成される共振器本体から構成される誘電体共振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013010006A JP6172706B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013010006A JP6172706B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014141366A true JP2014141366A (ja) | 2014-08-07 |
| JP6172706B2 JP6172706B2 (ja) | 2017-08-02 |
Family
ID=51423028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013010006A Expired - Fee Related JP6172706B2 (ja) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6172706B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160379732A1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| US20160376198A1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| CN114213124A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-22 | 北京科技大学 | 一种中介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116715519A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-09-08 | 电子科技大学 | ZnZrTa2O8基微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116925758A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-24 | 上海应用技术大学 | 一种真空紫外光激发的钽铌酸镁蓝紫色荧光粉及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61107609A (ja) * | 1984-10-30 | 1986-05-26 | 住友金属鉱山株式会社 | 高周波用誘電体磁器の製造方法 |
| JPS62235251A (ja) * | 1986-04-01 | 1987-10-15 | 住友金属鉱山株式会社 | 誘電体磁器の製法 |
| JPH044509A (ja) * | 1990-04-19 | 1992-01-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 誘電体磁器 |
-
2013
- 2013-01-23 JP JP2013010006A patent/JP6172706B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61107609A (ja) * | 1984-10-30 | 1986-05-26 | 住友金属鉱山株式会社 | 高周波用誘電体磁器の製造方法 |
| JPS62235251A (ja) * | 1986-04-01 | 1987-10-15 | 住友金属鉱山株式会社 | 誘電体磁器の製法 |
| JPH044509A (ja) * | 1990-04-19 | 1992-01-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 誘電体磁器 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160379732A1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| US20160376198A1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| JP2017014034A (ja) * | 2015-06-29 | 2017-01-19 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物および電子部品 |
| TWI586626B (zh) * | 2015-06-29 | 2017-06-11 | Tdk股份有限公司 | 介電組成物及電子元件 |
| US9745225B2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-08-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| US9748018B2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-08-29 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
| CN114213124A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-22 | 北京科技大学 | 一种中介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116715519A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-09-08 | 电子科技大学 | ZnZrTa2O8基微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116925758A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-24 | 上海应用技术大学 | 一种真空紫外光激发的钽铌酸镁蓝紫色荧光粉及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6172706B2 (ja) | 2017-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Effect of Li2O–V2O5 addition on the sintering behavior and microwave dielectric properties of Li3 (Mg1− xZnx) 2NbO6 ceramics | |
| Li et al. | Microwave dielectric properties of Li2ZnTi3O8 ceramics doped with ZnO–B2O3 frit | |
| JP6172706B2 (ja) | ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系酸化物を基盤とする誘電性磁器組成物、および、当該組成物から製造された高いＱ値を有するマイクロ波誘電共振器 | |
| KR100203515B1 (ko) | 고주파용 세라믹 유전체 조성물 | |
| EP0095338B1 (en) | Low-loss microwave dielectric material | |
| JP5569802B2 (ja) | セラミック誘電体及びその製造方法 | |
| CN107382314A (zh) | 一种钡基复合钙钛矿结构的微波介质陶瓷 | |
| Tseng | The effect CuO additive on the microwave dielectric properties of Mg (Zr0. 05Ti0. 95) O3 ceramics | |
| CN103936409B (zh) | 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| JPH06295619A (ja) | 誘電体磁器及び誘電体共振器 | |
| JPH06333426A (ja) | 高周波用誘電体磁器組成物 | |
| KR0134532B1 (ko) | 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법 | |
| KR100754865B1 (ko) | 마이크로파 유전체 세라믹스 조성물 및 그 제조방법 | |
| JP3957623B2 (ja) | 高品質係数を有する高周波用誘電体セラミック組成物 | |
| JP2005187272A (ja) | 誘電体磁器組成物およびその製造方法 | |
| KR100489887B1 (ko) | 마이크로파 유전체 세라믹 조성물 및 그의 제조방법 | |
| KR20230095706A (ko) | 고주파 소자용 유전체 세라믹스 조성물 및 이의 제조방법 | |
| KR100545850B1 (ko) | 고주파용 유전체 세라믹 조성물 | |
| JPH04322008A (ja) | マイクロ波用誘電体磁器組成物 | |
| JPH05205520A (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| JPH08245262A (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| JPH04215204A (ja) | 誘電体磁器組成物及びその製法 | |
| JPH04331760A (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| JPH04274109A (ja) | マイクロ波用誘電体磁器組成物 | |
| JPH07215765A (ja) | 誘電体磁器組成物及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151228 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161027 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161115 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170111 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170627 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170628 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6172706 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |